Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика

Тема 8. Кинетическая теория газов.
Законы идеальных газов

Статистический и термодинамический методы исследования. Термодинамическая система и термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы. Идеальный газ как модельная термодинамическая система. Опытные газовые законы. Уравнение состояния. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры.

Курсант должен знать:

1. На чем основаны статистический и термодинамический методы исследования.

2. Что такое масса молекулы, количество вещества, относительная молекулярная и молярная массы.

3. Какими параметрами характеризуется состояние термодинамической системы.

4. Уравнение состояния идеального газа, и какие формы записи этого уравнения существуют.

5. Какие условия называются нормальными.

6. Как формулируются опытные газовые законы: Бойля – Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Авогадро, Дальтона.

7. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов.

8. Чему равна средняя кинетическая энергия молекул газа и каков молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры.

Курсант должен уметь: 1) изображать на термодинамических диаграммах равновесные состояния и процессы; 2) выводить уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления и сравнивать его с уравнением Менделеева – Клапейрона.

Вопросы и задачи для самопроверки

1. Какой характер взаимодействия молекул идеального газа?

2. Как объясняется закон Бойля – Мариотта с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

3. При некоторых значениях температуры и давления азот количеством вещества 1 моль занимает объем 20 л. Какой объем при этих же условиях займет водород количеством вещества 1 моль?

4. Начертите и объясните графики изотермического и изобарного процессов в координатах р и V, р и Т, Т и V.

5. Найти молярную массу воздуха, считая, что он состоит из одной части кислорода и трех частей азота (m ₁: m ₂ = 1: 3).

6. В сосуде при температуре t = 20 ˚ С и давлении р = 0, 2 МПа содержится смесь газов: кислорода массой 16 г и азота массой 21 г. Определить: а) плотность смеси; б) концентрации молекул кислорода и азота.

7. В цилиндр длиной 1, 4 м, заполненный воздухом при нормальном атмосферном давлении, начали медленно вдвигать поршень площадью сечения 200 см². Определить силу, которая будет действовать на поршень, если его остановить на расстоянии 20 см от дна цилиндра.

8. Определить среднюю кинетическую энергию поступательного движения и среднее значение полной кинетической энергии молекулы водяного пара при температуре 600 К. Найти также кинетическую энергию поступательного движения всех молекул пара, содержащего количество вещества 1 кмоль.

Литература основная: [1], [2], [5], [9], [11], [13], [15] - [17], [23], [24], дополнительная: [18], [25] - [29].